Entwicklung einer künstlichen extrazellulären Matrix
Proteine bestehen aus langen Peptidketten und diese wiederum aus Sequenzen von Aminosäuren, die die meisten Funktionen auf zellulärer Ebene bis hin zur Ebene des gesamten Organismus vermitteln. So überrascht es nicht, dass sich zahlreiche Studien mit Peptiden und Proteinen, deren 3D-Struktur, Bildung und Funktionalisierung sowie ihrer physiologischen und pathophysiologischen Rolle befassen. Die Rolle des komplexen intrazellulären und extrazellulären Milieus bei der Selbstorganisation ist allerdings bislang kaum erforscht worden. Dieses Wissen ist wichtig, wenn injizierbare molekulare Therapien eingesetzt werden, bei denen sich Moleküle durch Selbstorganisation zu funktionellen Peptiden und fibrillären Nanostrukturen assemblieren und therapeutische Scaffolds im Körper bilden. Auf diese Weise sollen Moleküle injiziert werden, die sowohl strukturelle als auch funktionelle biologische Eigenschaften der extrazellulären Matrix imitieren. Damit stünde ein temporärer Scaffold (Gerüst) für die Geweberegeneration bereit, der dann biologisch abgebaut oder im Verlauf des Prozesses vom neu gebildeten Gewebe absorbiert werden kann. Für eine solche Therapie, die bisher eher ins Science-Fiction-Genre fiel, muss die Selbstorganisation und Co-Assemblierung minutiös steuerbar sein. Und hierfür muss bekannt sind, inwieweit Aminosäuresequenzen von Peptiden molekulare Wechselwirkungen steuern, was Schwerpunkt des EU-finanzierten Projekts "Mimicry of biology supramolecular logics towards self-assembly of artificial components for life" (SELFBIOLOGICS) war. Lipide aus der Zellmembran migrieren zwischen Biomembranen. Daher können Peptide ihren Standort verändern, sind wasserlöslich und können sich aus einer Nanostruktur lösen, um sich in eine andere einzufügen. Mittels Fluoreszenztechnik wurde die Austauschdynamik von Peptidselbstorganisationssystemen untersucht, um den Einfluss von Aminosäuresequenzen auf die Austauschrate zu bestimmen. Anschließend wurde mit hochauflösender optischer Mikroskopie (stochastische optische Rekonstruktionsmikroskopie) die molekulare Verteilung entlang einzelner Fasern beim Austausch analysiert. Mit Therapien, die zunehmend auf spezifische Moleküle, Gewebe oder zelluläre Systeme ausgerichtet sind macht die Biomedizin rasante Fortschritte. Minimal-invasive Techniken wie stellenspezifische Molekülinjektion für die selbstorganisierende künstliche extrazelluläre Matrix oder Geweberegeneration werden enorme sozioökonomische Auswirkungen haben. SELFBIOLOGICS lieferte neues Fachwissen über mechanistische und dynamische Prozesse bei der Peptidselbstorganisation und ebnet damit den Weg für künftige Therapien.
Schlüsselbegriffe
Extrazelluläre Matrix, Peptid, Selbstorganisation, Geweberegeneration, künstliche Komponenten
